CN111560592B - 一种长效耐磨防雾镜片涂层及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长效耐磨防雾镜片涂层及其制备方法与应用。所述制备方法包括：采用高功率脉冲复合射频磁控溅射系统，在镜片基材表面沉积形成硅掺杂类金刚石涂层；之后对所述硅掺杂的类金刚石涂层进行等离子体刻蚀处理形成纳米织构，从而获得长效耐磨防雾镜片涂层，其中，所述长效耐磨防雾镜片涂层的表面粗糙度为10～20nm。本发明采用高功率脉冲复合射频磁控溅射系统，并对溅射工艺参数进行优化，可以精确控制硅掺杂类金刚石涂层中硅的含量，从而保证涂层高硬度及优异的耐磨性；同时采用氧等离子体对涂层进行选择性刻蚀，使涂层形成纳米织构表面，从而使涂层具有长效优异亲水性，本发明制备的长效耐磨防雾镜片涂层在镜片防雾领域有很好的应用前景。

Description

一种长效耐磨防雾镜片涂层及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于镜片表面改性技术领域，具体涉及一种长效耐磨防雾镜片涂层及其制备方法与应用。

背景技术

光学镜片在生活、生产、科研及军事等领域均有着广泛用途，例如近远视镜、车辆观察镜、运动潜水镜、医用护目镜、医用内窥镜、工业防护镜、摄像设备镜头、生物防护面具以及各种机械窗、测量仪器观察窗等。当镜片所处环境含水蒸气浓度较高，且水蒸气温度高于镜片表面温度，则会在镜片表面凝结产生雾化现象，导致视线严重受阻。因此，针对光学镜片进行表面防雾改性处理十分重要。

由于超疏水材料加工技术和生产工艺难度大、成本高，且时效性差，目前采用疏水方法提高材料表面防雾性能效果不够理想，近年来改善防雾性能的技术更多地聚焦在亲水性方面。常见的方法有：①喷涂表面活性剂，如烷基苯磺酸、脂肪酸甘油酯等；②喷涂高分子亲水性防雾涂料，如氨基树脂、不饱和聚酯等。喷涂高分子涂层的方式虽然成本低，操作简单，但防雾时间短，而且油溶性高分子树脂所使用的溶剂挥发后对人体有害，水溶性高分子涂层均匀性和耐蚀性较差。等离子体表面改性处理技术在镜片防雾领域具有广泛的应用前景，但是目前主要存防雾寿命短，耐磨性不足等问题，限制了其大规模应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种长效耐磨防雾镜片涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种长效耐磨防雾镜片涂层的制备方法，其包括：

采用高功率脉冲复合射频磁控溅射系统，在镜片基材表面沉积形成硅掺杂类金刚石涂层；

以及，对所述硅掺杂的类金刚石涂层进行等离子体刻蚀处理形成纳米织构，从而获得长效耐磨防雾镜片涂层，其中，所述纳米织构由复数个纳米凹槽形成，所述凹槽的深度为10～30nm，所述长效耐磨防雾镜片涂层的表面粗糙度为10～20nm。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的长效耐磨防雾镜片涂层，所述长效耐磨防雾镜片涂层包括形成于镜片基材上的硅掺杂类金刚石涂层，所述硅掺杂类金刚石涂层表面分布有纳米织构，所述长效耐磨防雾镜片涂层硬度大于15GPa，可见光透过率大于90％，与水的接触角小于5°。

本发明实施例还提供了前述的长效耐磨防雾镜片涂层于镜片防雾领域中的用途。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)采用高功率脉冲磁控溅射石墨靶，并对溅射工艺参数进行优化，由于高的靶材离化率，保证了所沉积类金刚石涂层中的高sp³含量，从而使涂层具有优异的透光性及高硬度；

(2)采用石墨靶和硅靶双靶复合溅射系统，能够精确控制硅掺杂类金刚石涂层中硅的含量，从而保证涂层高硬度及优异的耐磨性；

(3)通过制备硅掺杂类金刚石涂层，采用氧等离子体对涂层进行选择性刻蚀，使涂层形成纳米织构表面，其中Si-O键在织构凸起处富集，从而使涂层具有长效优异亲水性；制备的长效耐磨防雾镜片涂层具有高透光性、高硬度、长效优异的亲水性，在镜片防雾领域具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施方案中硅掺杂类金刚石涂层刻蚀处理后得到的纳米织构示意图；

图2为本发明实施例1制备的样品随放置时间表面与水的接触角的变化曲线。

具体实施方式

鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的一个方面提供了一种长效耐磨防雾镜片涂层的制备方法，其包括：

采用高功率脉冲复合射频磁控溅射系统，在镜片基材表面沉积形成硅掺杂类金刚石涂层；

以及，对所述硅掺杂的类金刚石涂层进行等离子体刻蚀处理形成纳米织构，从而获得长效耐磨防雾镜片涂层，其中，所述纳米织构由复数个纳米凹槽形成，所述凹槽的深度为10～30nm，所述长效耐磨防雾镜片涂层的表面粗糙度为10～20nm。

在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法包括：将镜片基材置于高功率脉冲复合射频磁控溅射系统的真空腔体内，对所述镜片基材施加脉冲负偏压，通过同时溅射石墨靶和硅靶，从而在镜片基材表面沉积形成硅掺杂类金刚石涂层，其中，所述脉冲负偏压为-50V～-100V，沉积温度小于50℃。

进一步的，所述石墨靶的溅射功率为200～1000W，频率为200～250Hz，脉宽为50～250μs。

进一步的，所述硅靶的溅射功率为50～100W。

在一些较为具体的实施方案中，所述硅掺杂类金刚石涂层中硅的含量为2.5～8wt％。

进一步的，所述硅掺杂类金刚石涂层的厚度为500nm～1000nm。

在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法包括：采用线性离子源离化产生氧等离子体，对所述硅掺杂类金刚石涂层进行刻蚀处理形成纳米织构。

进一步的，所述刻蚀处理的腔体温度小于50℃，刻蚀时间为5～15min。

进一步的，所述制备方法还包括：在对所述硅掺杂类金刚石涂层进行刻蚀处理的同时，对所述镜片基材施加脉冲负偏压，其中，所述脉冲负偏压为-50V～-100V。

进一步的，所述制备方法还包括：在镜片基材表面沉积形成硅掺杂类金刚石涂层之前，先对所述镜片基材表面进行清洗。

进一步的，所述镜片基材的材质包括聚合物或玻璃，且不限于此。

进一步的，所述聚合物包括PC或PET，且不限于此。

本发明实施例的另一个方面还提供了前述方法制备的长效耐磨防雾镜片涂层，所述长效耐磨防雾镜片涂层包括形成于镜片基材上的硅掺杂类金刚石涂层，所述硅掺杂类金刚石涂层表面分布有纳米织构，所述长效耐磨防雾镜片涂层硬度大于15GPa，可见光透过率大于90％，与水的接触角小于5°。

在一些较为具体的实施方案中，所述长效耐磨防雾镜片涂层放置60天以上或使用纸带摩擦200次后，所述涂层表面与水的接触角小于15°。

进一步的，所述纳米织构由复数个纳米凹槽形成，所述凹槽的深度为10～30nm。

进一步的，所述凹槽呈圆弧状，且不限于此。

进一步的，所述纳米织构的凸起处富集Si-O键。

进一步的，所述长效耐磨防雾镜片涂层的表面粗糙度为10～20nm。

本发明制备的硅掺杂类金刚石涂层刻蚀处理后得到纳米织构的示意图如图1所示。

本发明实施例的另一个方面还提供了前述的长效耐磨防雾镜片涂层于镜片防雾领域中的用途。

进一步的，所述镜片基材包括PC镜片、PET镜片或玻璃镜片中的任意一种，且不限于此。

下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。

实施例1

将PC镜片置于真空腔体内，采用高功率脉冲磁控溅射石墨靶，复合射频磁控溅射硅靶，在镜片基材表面制备硅掺杂类金刚石涂层，石墨靶溅射功率为200W，频率为200Hz，脉宽为50μs，硅靶溅射功率为50W，溅射过程中对基片施加脉冲负偏压-100V，制备硅掺杂类金刚石涂层500nm，其中硅含量为2.5％；采用线性离子源离化产生氧等离子体对硅掺杂类金刚石涂层进行刻蚀，刻蚀过程中对基片施加脉冲负偏压-50V，形成的纳米织构粗糙度为10nm。采用上述步骤处理后的PC镜片表面显微硬度为23GPa，可见光透过率为95％～97％，处理后随放置时间延长表面水接触角的变化曲线如图2所示，其中初始水接触角为0度，放置60天后表面水接触角为10度，纸带摩擦200次后表面水接触角为12度。

实施例2

将PET镜片置于真空腔体内，采用高功率脉冲磁控溅射石墨靶，复合射频磁控溅射硅靶，在镜片基材表面制备硅掺杂类金刚石涂层，石墨靶溅射功率为700W，频率为220Hz，脉宽为150μs，硅靶溅射功率为70W，溅射过程中对基片施加脉冲负偏压-70V，制备硅掺杂类金刚石涂层800nm，其中硅含量为5％。采用线性离子源离化产生氧等离子体对硅掺杂类金刚石涂层进行刻蚀，刻蚀过程中对基片施加脉冲负偏压-70V，形成的纳米织构粗糙度为16nm。采用上述步骤处理后的PC镜片表面显微硬度为18GPa，可见光透过率为93％～95％，初始水接触角为0度，放置60天后表面水接触角为9度，纸带摩擦200次后表面水接触角为13度。

实施例3

将玻璃镜片置于真空腔体内，采用高功率脉冲磁控溅射石墨靶，复合射频磁控溅射硅靶，在镜片表面制备硅掺杂类金刚石涂层，石墨靶溅射功率为1000W，频率为250Hz，脉宽为250μs，硅靶溅射功率为100W，溅射过程中对基片施加脉冲负偏压-50V，制备硅掺杂类金刚石涂层1000nm，其中硅含量为8％。采用线性离子源离化产生氧等离子体对硅掺杂类金刚石涂层进行刻蚀，刻蚀过程中对基片施加脉冲负偏压-100V，形成的纳米织构粗糙度为20nm。采用上述步骤处理后的PC镜片表面显微硬度为15GPa，可见光透过率为90％～92％，初始水接触角为0度，放置60天后表面水接触角为8度，纸带摩擦200次后表面水接触角为15度。

对比例1

将PC镜片置于真空腔体内，采用高功率脉冲磁控溅射石墨靶，复合射频磁控溅射硅靶，在镜片基材表面制备硅掺杂类金刚石涂层，石墨靶溅射功率为200W，频率为200Hz，脉宽为50μs，硅靶溅射功率为50W，溅射过程中对基片施加脉冲负偏压-100V，制备硅掺杂类金刚石涂层500nm，其中硅含量为2.5％。采用上述步骤处理后的PC镜片表面显微硬度为25GPa，可见光透过率为97％，初始水接触角为30度。

对比例2

将PC镜片置于真空腔体内，采用高功率脉冲磁控溅射石墨靶，在镜片基材表面制备硅掺杂类金刚石涂层，石墨靶溅射功率为200W，频率为200Hz，脉宽为50μs，制备类金刚石涂层500nm；采用线性离子源离化产生氧等离子体对硅掺杂类金刚石涂层进行刻蚀，刻蚀过程中对基片施加脉冲负偏压-50V，刻蚀后表面粗糙度为2nm。采用上述步骤处理后的PC镜片表面显微硬度为32GPa，可见光透过率为97～98％，初始水接触角为90度。

对比例3

将PC镜片置于真空腔体内，采用射频磁控溅射硅靶，在镜片基材表面制备硅涂层，硅靶溅射功率为50W，溅射过程中对基片施加脉冲负偏压-100V，制备硅涂层500nm；采用线性离子源离化产生氧等离子体对硅涂层进行刻蚀，刻蚀过程中对基片施加脉冲负偏压-50V，刻蚀后表面粗糙度为3nm。采用上述步骤处理后的PC镜片表面显微硬度为8GPa，可见光透过率为5％～10％，初始水接触角为10度。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (10)

1.一种长效耐磨防雾镜片涂层的制备方法，其特征在于包括：

将镜片基材置于高功率脉冲复合射频磁控溅射系统的真空腔体内，对所述镜片基材施加脉冲负偏压，通过同时溅射石墨靶和硅靶，从而在镜片基材表面沉积形成硅掺杂类金刚石涂层，其中，所述脉冲负偏压为-50V~-100V，沉积温度小于50℃，所述石墨靶的溅射功率为200~1000W，频率为200~250Hz，脉宽为50~250µs；所述硅靶的溅射功率为50~100W；

以及，对所述硅掺杂的类金刚石涂层进行等离子体刻蚀处理形成纳米织构，从而获得长效耐磨防雾镜片涂层；

其中，所述长效耐磨防雾镜片涂层包括形成于镜片基材上的硅掺杂类金刚石涂层，所述硅掺杂类金刚石涂层表面分布有纳米织构，所述长效耐磨防雾镜片涂层硬度大于15GPa，可见光透过率大于90%，与水的接触角小于5°；所述长效耐磨防雾镜片涂层放置60天以上或使用纸带摩擦200次后，所述涂层表面与水的接触角小于15°；所述纳米织构由复数个纳米凹槽形成，所述凹槽的深度为10~30nm；所述纳米织构的凸起处富集Si-O键；所述凹槽呈圆弧状；所述长效耐磨防雾镜片涂层的表面粗糙度为10~20nm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硅掺杂类金刚石涂层中硅的含量为2.5~8wt%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅掺杂类金刚石涂层的厚度为500nm~1000nm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：

采用线性离子源离化产生氧等离子体，对所述硅掺杂类金刚石涂层进行刻蚀处理形成纳米织构。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀处理的腔体温度小于50℃，刻蚀时间为5~15min。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于还包括：在对所述硅掺杂类金刚石涂层进行刻蚀处理的同时，对所述镜片基材施加脉冲负偏压，其中，所述脉冲负偏压为-50V~-100V。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于还包括：在镜片基材表面沉积形成硅掺杂类金刚石涂层之前，先对所述镜片基材表面进行清洗。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述镜片基材选自PC镜片、PET镜片或玻璃镜片中的任意一种。

9.权利要求1-8中任一项所述方法制备的长效耐磨防雾镜片涂层于镜片防雾领域中的用途。

10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于：所述镜片基材选自PC镜片、PET镜片或玻璃镜片中的任意一种。

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